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会进化的层级系统

2024年12月26日  来源:意识本能 作者:迈克尔·加扎尼加 提供人:It8933......

当然,这些划时代的研究都指向了同一个问题:从进化的时间尺度上来看,大脑是否是以一种层级化的方式进化而来的?大脑的脑区是否一点点增加,比较解剖学又是否能提供这样的证据?证据的确有,这便是普雷斯科特大放异彩之时。他整理出一个复杂而又精彩的长篇故事,讲述了现代脊椎动物的神经系统从4亿年前由脊髓、后脑、中脑及前脑这几个基本零件开始的进化历程。千万载光阴流逝,前脑中的模块和层级不断增加,新的模块和层级带来了全新的功能,而不是简单地强化已有功能。例如,一些动物四肢操纵物体的能力增强,并添加了新的零件——手指,因而需要有新的神经加入控制这些部件运动的模块层级。有手指的脊椎动物明显比没有手指的脊椎动物多这些新的神经通路。正如杰克逊预测的那样,损伤部分前脑可能会破坏手部精细运动的控制模块,却不会影响对胳膊运动的基本控制。

对任何一种动物来说,拥有进化能力都是一件好事,因为进化正是动物适应新环境的基础。进化能力的定义是生物产生可遗传的表型变化(又被称为“可被观察的性状”)的能力17。如果某一个性状获得了大自然的青睐,它就会被延续给下一代。一个著名的例子便是加拉帕戈斯群岛上的地雀,不同种的地雀拥有不同尺寸的喙18。达尔文提出了可遗传变异的自然选择理论,同时也留下了诸多谜题,比如这些变异到底是从哪里来的,又是如何产生的?一个老生常谈的说法是这些变异来自随机的基因突变,它能解释部分问题,却不是完美的答案。生物学家们为这个问题苦恼了很多年。

此时登场的人物是哈佛大学的生物学家马克·柯施那(Marc Kirschner)和其加州大学伯克利分校的合作者约翰·格哈特(John Gerhart)19。他们希望知道现代生物是否拥有某种细胞或发育机制专门负责所谓的“可进化性”。换句话说,生物是否拥有主动产生可遗传的表型变化的能力?进化压力又能否作用于可进化性?又或者说,能够产生更多可遗传表型变化的物种是否更有可能在自然选择中胜出?

从身体形状、组织结构、发育到生理机制,多样性在动物世界无处不在。与此同时,在包括生化过程、细胞信号通路和基因表达调控方面,生物又存在着惊人的共性。动物和植物、真菌以及黏菌共有许多核心的机制。例如,我们使用同样的酶来控制细胞分裂。我们的新陈代谢和细胞复制机制也与细菌别无二致。为什么会这样?因为我们有很多相同的基因序列。一些生物学家相信这些核心机制约束了进化过程,但柯施那和格哈特不这么认为。事实上,他们的观点恰恰相反。他们认为,之所以生物共有如此之多的核心机制,并且在过去的5.3亿年间都不曾改变,不是因为这些机制限制了灵活性——恰恰相反,它们赋予了生物灵活性,并使得成功的性状变化能够被传至下一代。一些生命过程在环境变化面前十分脆弱,而这些机制的灵活性本身便是一种表型变化。因此,在充满不确定性的自然环境面前,正是这些机制确保了生物的进化灵活性。

现在,如果你觉得“以去约束为目标的约束”听上去很像某个层级化结构的工作协议,那你就想对了。大多数生物学家并没有充分意识到层级化结构对表型变化的重要性,多伊尔和奥尔德森对此深表遗憾。

The Consciousness Instinct

层级化结构之所以能进化至今并充斥整个生物系统,原因很有可能是它能够在一系列约束条件的范围内产生变化,从而在物竞天择中胜出并被保留下来:无层级,无未来!

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